從單體式到分布式，系統(tǒng)架構(gòu)在變，我們對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控需求也在變。隨著微服務(wù)概念的提出，容器與云技術(shù)的發(fā)展，如何保障整個(gè)系統(tǒng)鏈路及各分支系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定與業(yè)務(wù)發(fā)展尤為重要。不同的監(jiān)控方式由于其數(shù)據(jù)源、監(jiān)控路徑、落地方式等不同，在進(jìn)行全鏈路監(jiān)控中會(huì)面臨不一樣的挑戰(zhàn)。本文將日志類與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)類這兩種市場(chǎng)上主流的性能監(jiān)控派別從以上三個(gè)方面進(jìn)行討論，看看誰能更好地實(shí)現(xiàn)全鏈路監(jiān)控。

一、數(shù)據(jù)源對(duì)比

• 采樣數(shù)據(jù)VS全量數(shù)據(jù)

日志類的數(shù)據(jù)來源有兩類：一種是傳統(tǒng)物理設(shè)備上的日志文件，這種日志文件能夠提供的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)精細(xì)度、數(shù)據(jù)內(nèi)容都是各個(gè)設(shè)備廠商預(yù)先設(shè)定的；另外一種是程序開發(fā)過程中或之后，為捕獲程序或者系統(tǒng)本身的運(yùn)行信息開發(fā)出來的日志系統(tǒng)。日志系統(tǒng)本身不對(duì)應(yīng)用程序發(fā)起主動(dòng)式訪問，只是伴隨著程序的運(yùn)行，將相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)輸送出來，大部分日志系統(tǒng)輸送出來的都是機(jī)器本身或者程序運(yùn)行的狀態(tài)信息。此外，日志屬于采樣數(shù)據(jù)，信息級(jí)別與功能均由人工定義，在存儲(chǔ)以及分析的過程中時(shí)常因前端需求而更改，按照人為需求進(jìn)行目標(biāo)輸出，因此邊界十分明顯。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)是應(yīng)用程序之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)莫?dú)特過程數(shù)據(jù)，能提供業(yè)務(wù)活動(dòng)、應(yīng)用性能、安全性與IT基礎(chǔ)架構(gòu)等方面的信息。通過交換機(jī)鏡像的方式將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)復(fù)制出來，送至分析服務(wù)器從而實(shí)現(xiàn)性能監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)是一種全量數(shù)據(jù)，通過旁路捕獲數(shù)據(jù)包，不消耗任何系統(tǒng)資源，實(shí)時(shí)反映設(shè)備、服務(wù)器、系統(tǒng)等運(yùn)行的狀態(tài)。

• 時(shí)間精度和實(shí)時(shí)性

日志時(shí)間由系統(tǒng)程序自動(dòng)打印，一般精確到毫秒；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的時(shí)間戳由捕獲服務(wù)器的高性能網(wǎng)卡抓包時(shí)進(jìn)行標(biāo)記，最快可以實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)。盡管同樣采用ntp時(shí)間同步，二者的時(shí)間準(zhǔn)確程度也會(huì)因網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)纫蛩禺a(chǎn)生毫秒級(jí)以上的差距。

在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，由于Delayed ACK與Nagle算法相互作用會(huì)導(dǎo)致最大500毫秒的延遲。日志往往無法排查此類問題，而通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)包回溯分析。因此，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)比日志具備更高的實(shí)時(shí)性。

二、監(jiān)控路徑對(duì)比

作為兩種數(shù)據(jù)源，日志與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)所監(jiān)控的定義與范圍有著天然的差別。分布式追蹤領(lǐng)域有三個(gè)重要的概念：Metrics、Trace、Log，全鏈路監(jiān)控就是利用三者間的關(guān)系分步驟實(shí)現(xiàn)。

• Metrics即指標(biāo)，反映組件實(shí)時(shí)狀況與健康度；

• Trace即鏈路，反映在單次請(qǐng)求的范圍內(nèi)如何處理信息；

• Log即日志，反映離散的事件或過程；

  
  

  

（Metrics、Tracing、Logging三者間的關(guān)系示意圖）

一般進(jìn)行全鏈路監(jiān)控有兩種做法：

• 第一種做法：首先通過指標(biāo)即（Metrics）,查看組件的健康程度、受影響的交易類型，再通過指標(biāo)關(guān)聯(lián)查看整個(gè)交易路徑的健康度即（Trace），最后定位具體的問題節(jié)點(diǎn)即（Log），找出根因。

• 第二種做法：當(dāng)交易出現(xiàn)問題，先查看出錯(cuò)的具體路徑即（Trace），再查看相對(duì)應(yīng)的指標(biāo)（Metrics），如服務(wù)器或應(yīng)用性能指標(biāo)等，最后查看詳細(xì)日志數(shù)據(jù)（Log）。

我們都知道，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通常反映的是指標(biāo)，然而無論是指標(biāo)還是日志都必須經(jīng)過數(shù)據(jù)加工處理才能進(jìn)入全鏈路追蹤體系。Metrics輔助于應(yīng)用監(jiān)控，傾向于節(jié)省資源，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行天然的“壓縮”，而Log傾向于無限增加，會(huì)頻繁地超出預(yù)期容量。無論是日志類還是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)類監(jiān)控都可以采用以上兩種做法，只不過介于數(shù)據(jù)源的因素，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)類監(jiān)控具有天然可操作性，而日志類監(jiān)控卻經(jīng)過了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展期，并衍生出許多新的問題。

三、落地方式對(duì)比

全鏈路監(jiān)控的需求不是一開始就有的，受制于網(wǎng)絡(luò)科技與業(yè)務(wù)發(fā)展等諸多因素，不同階段對(duì)全鏈路監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)和需求也有著明顯的差異。

網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，業(yè)務(wù)規(guī)模小，企業(yè)通常采用標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序（SOP）。由于系統(tǒng)多為單體架構(gòu)，操作簡(jiǎn)單、易部署，為節(jié)省資源、縮短時(shí)間成本，除核心系統(tǒng)外，沒有監(jiān)控其它系統(tǒng)的需求，因此，系統(tǒng)版本迭代較慢，不易擴(kuò)展，全鏈路監(jiān)控也就無從談起。

到了2010年左右，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)入飛躍期。隨著業(yè)務(wù)量逐漸增多，業(yè)務(wù)分支越來越細(xì)，垂直架構(gòu)逐漸興起。然而，這一時(shí)期，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間存在數(shù)據(jù)冗余，且同一個(gè)子系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)無法實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，盡管全鏈路監(jiān)控的需求與日俱增，如何實(shí)現(xiàn)卻成為一道現(xiàn)實(shí)難題。

在追求全鏈路監(jiān)控的過程中，由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造成為當(dāng)時(shí)較為普遍的解決方案。然而，改造系統(tǒng)同樣面臨兩個(gè)嚴(yán)峻問題：

• 第一大問題：改造周期過長(zhǎng)。即便如BMC對(duì)系統(tǒng)實(shí)施改造，在半年內(nèi)也僅能完成兩套系統(tǒng)的改造工作。如果用戶規(guī)模持續(xù)增多、業(yè)務(wù)量持續(xù)走高，耗時(shí)將會(huì)更久；而通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以實(shí)現(xiàn)3個(gè)月內(nèi)10套系統(tǒng)的改造升級(jí)工作。

• 第二大問題：成本過高。日志改造需要網(wǎng)絡(luò)部門與開發(fā)部門協(xié)同合作。我們都知道，在企業(yè)內(nèi)部，開發(fā)部門屬于增效部門，運(yùn)維部門屬于降本部門，二者之間有天然的隔閡，改造日志勢(shì)必會(huì)增加開發(fā)成本、增加人天數(shù)；而利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行改造，將90%的工作在運(yùn)維部門內(nèi)部完成，極大地降低開發(fā)成本，提高運(yùn)維效率。

2014年，ThoughtWorks首席科學(xué)家Martin Fowler與James Lewis對(duì)微服務(wù)提供了完整定義：

• 每個(gè)服務(wù)運(yùn)行在自己的進(jìn)程中；

• 微服務(wù)之間采用輕量級(jí)通信；

• 微服務(wù)應(yīng)基于業(yè)務(wù)能力進(jìn)行構(gòu)建；

• 采用自動(dòng)化部署機(jī)制實(shí)現(xiàn)微服務(wù)的獨(dú)立部署；

• 服務(wù)的管理應(yīng)采用最小的中心化管理。

隨著分布式鏈路架構(gòu)的日益成熟，云環(huán)境與微服務(wù)的天然契合性，為日志全鏈路監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生奠定了一定基礎(chǔ)。微服務(wù)即服務(wù)按照不同維度拆分，一次請(qǐng)求往往涉及多個(gè)服務(wù)，這些應(yīng)用服務(wù)由不同的團(tuán)隊(duì)開發(fā)、使用不同的編程語言，橫跨多個(gè)數(shù)據(jù)中心，因此全鏈路監(jiān)控勢(shì)在必行，進(jìn)一步刺激了基于日志的全鏈路監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)與工具的產(chǎn)生。

微服務(wù)架構(gòu)中，業(yè)務(wù)鏈路極其復(fù)雜，如何快速發(fā)現(xiàn)問題、判斷故障節(jié)點(diǎn)、梳理服務(wù)鏈路、分析鏈路性能是影響全鏈路監(jiān)控的主要問題。而基于日志的全鏈路監(jiān)控就主要圍繞這些問題，通過埋點(diǎn)與生成日志、收集與存儲(chǔ)日志、分析和統(tǒng)計(jì)調(diào)用鏈路數(shù)據(jù)來一一實(shí)現(xiàn)。埋點(diǎn)日志通常要包括traceID、spanID、調(diào)用開始時(shí)間、協(xié)議類型等信息，把統(tǒng)一traceID的Span收集起來，按時(shí)間排序即timeline，再把ParentID串起來就組成調(diào)用棧，利用traceID查詢調(diào)用鏈情況就可以隨時(shí)定位問題。但是在調(diào)用的過程中，如果調(diào)用失敗會(huì)直接中斷主流程，而調(diào)用過程又具有高依賴與頻繁依賴的特性，因此提升性能、增強(qiáng)穩(wěn)定性是解決日志全鏈路監(jiān)控的關(guān)鍵。

（span細(xì)節(jié)圖）

為了解決性能問題，眾多大廠紛紛入局，研發(fā)了許多開源的日志類監(jiān)控工具，如谷歌的Dapper、Zipkin、Sky Walking 、Pinpoint等。但是這些開源監(jiān)控產(chǎn)品通常通過代碼埋點(diǎn)進(jìn)行部署，傳遞的是底層數(shù)據(jù)，和業(yè)務(wù)的相關(guān)性較低。除此以外，探針的性能、Collector的擴(kuò)展性、時(shí)間人工成本等因素也影響著全鏈路監(jiān)控的應(yīng)用。比如，在某大型股份制銀行長(zhǎng)達(dá)兩年的云上分布式鏈路追蹤來看，其人工成本增加近150%，這對(duì)于某些中小型企業(yè)是難以承受的壓力。

（Dapper的分布式跟蹤）

而通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，無需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，僅需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，梳理各個(gè)節(jié)點(diǎn)的訪問關(guān)系，刻畫業(yè)務(wù)的調(diào)用路徑，相比日志更易落地。

未來，隨著技術(shù)的發(fā)展，日志類全鏈路監(jiān)控的落地難題也許會(huì)被攻克。但就目前而言，無論是數(shù)據(jù)源、監(jiān)控路徑，亦或落地方式，基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的全鏈路監(jiān)控明顯優(yōu)于日志。需求決定市場(chǎng)，選擇網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)作為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)源，從源頭解決全鏈路監(jiān)控的一系列難題，即刻落地、節(jié)約資源、發(fā)揮高效性能，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，推動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)展。